JP2016512595A - 天然ガス液化方法とその装置 - Google Patents

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Abstract

本発明は、ガスとその混合物の液化に関連し、天然ガス処理中に使用できる。本発明の応用を通じて到達する技術的な成果は、天然ガス液化処理中に必要とされる電力消費の低下である。予冷および液化段階における混合冷却剤はもちろん、過冷却段階における窒素循環の使用を通じても前記技術的な成果に到達する。前述の手法は２つの独立請求項からなります。【選択図】図１

Description

本発明は、ガスとその混合物の液化に関連し、天然ガス処理中に使用できる。
現状の技術は、北極海沿岸或いは近海での天然ガス液化方法（ロシア特許公報第２３４４３５９号、ＣＩ．Ｆ２５Ｊ１／００、２００９年１月２０日）を含む。前記方法は、混入物、重質炭化水素、および窒素の除去によるガス精製用で、なおかつ、それに続くガス液化用の回路はもちろん、分配装置において、圧縮され、冷却された冷却剤の、１：１９〜１：３３の比率の２つの流れへの分配が行われる冷却回路との、２つの回路を備える装置の使用によって実施される。前記冷却剤のより大きな流れは冷却目的の熱交換器（ＨＥ）に送られ、（絞り弁を通過する）より小さな流れは回収塔の反応セクションに送られる。それらの圧力が平衡した後、両方の冷却剤が一緒に混合される。この方法の不都合は電力消費が大きいことである。
出願人が試作として採用した最も近い既存技術は、天然ガス液化方法とその装置（ロシア特許公報第２３４４３６０号、ＣＩ．Ｆ２５Ｊ１／００、２００９年１月２０日）である。
この方法は、混入物、重質炭化水素、および窒素の除去によるガス精製用で、なおかつ、それに続くガス液化用の回路はもちろん、分配装置において、圧縮され、冷却された冷却剤の、１：１９〜１：３３の比率の２つの流れへの分配が行われる冷却回路との、２つの回路を備える装置の使用によって実施される。前記冷却剤のより大きな流れは冷却目的の熱交換器（ＨＥ）に送られ、（絞り弁を通過する）より小さな流れは回収塔の反応セクションに送られる。それらの圧力が平衡した後、両方の冷却剤が一緒に混合される。前記天然ガス液化装置は、混入物、重質炭化水素、および窒素の除去によるガス精製用で、なおかつ、それに続くガス液化用の回路はもちろん、冷却回路とからなる。液化天然ガス用の前記分配装置は、ミキサーで合流する第１および第２液化ラインに接続される２つの流出口を有する。前記第１液化ラインは第１ＨＥを通過し、前記第２液化ラインは第２ＨＥを通過する。両方のラインはバルブと、液化ガスミキサーでの混合より前に、前記第１および第２冷却ライン内の液化ガスの圧力の平衡を確保する圧力計と、を備え、当該液化ガスミキサーの流出口は第１分離器に接続され、当該第１分離器の頭頂部は、第１ＨＥを通過する第３液化ラインを通って、前記回収塔に接続される。前記回収塔の頭頂部はパイプラインで前記第２ＨＥに接続され、前記回収塔の底部は過冷却ＨＥを通過する第４液化ラインに接続される。前記冷却回路は第１および第２冷却ラインに接続される２つの流出口を有する圧縮冷却分離器を備え、当該第１および第２冷却ラインは第１冷却ミキサーで合流する。前記第１冷却ラインは第３ＨＥを通過し、前記第２冷却ラインは第３絞り弁と前記回収塔の反応セクションを通過する。両方のラインはバルブと、前記第１冷却ミキサーでの混合より前に、前記第１および第２冷却ライン内の前記冷却剤の圧力の平衡を確保する圧力計と、を備える。
上記の方法と装置の使用は、電力消費が大きいことを特徴とする。
ロシア特許公報第２３４４３５９号 ロシア特許公報第２３４４３６０号
本発明の応用を通じて到達する技術的な成果は、天然ガス液化処理中に必要とされる電力消費の低下である。
天然ガス液化の処理フローダイアグラムは、図面に以下のように示される。
本天然ガス液化方法の本質は、前処理済乾燥ガスが、予冷ＨＥにおいて、摂氏マイナス５２〜マイナス５４度の間の範囲の温度まで冷却され、そして、濃縮されることである。それから、分別目的用に供給される液状エタンの留分を除去することによって、前記前処理済乾燥ガスは分離され、そして、第１分離器からのガス流が、液化ＨＥにおいて摂氏マイナス１２０〜マイナス１２５度まで引き続いて冷却され、過冷却熱交換器において摂氏マイナス１５０〜マイナス１６０度まで、気体窒素によって冷却される。過冷却された液化天然ガス（ＬＮＧ）の圧力は、液体膨張器において０．１１〜０．１３ＭＰａになるまで低下させられる。前記過冷却されたＬＮＧは分離目的で供給され、それからＬＮＧ貯蔵タンクに供給される。前記分離されたガスは燃料ガス系に供給され、前記予冷ＨＥからの、窒素、メタン、エタン、プロパン、ブタンおよびペンタンを包含する混合冷却剤は３．０〜３．１ＭＰａになるまで圧縮され、摂氏２６〜３０度に冷却され、そして、重液体冷却剤と軽気体冷却剤に分離される。前記重液体冷却剤は、直前の分離器からの重液体冷却剤と混和するために吸い出される。前記重液体混合冷却剤と前記軽気体混合冷却剤は、重冷却剤と軽冷却剤の低圧（ＬＰ）の混合対向流を注入することによって摂氏マイナス５２〜マイナス５４度へ冷却されるために供給される。それから、前記重液体混合冷却剤は、前記予冷ＨＥにおいて過冷却され、０．２５〜０．２７ＭＰａになるまでスロットルで調整され、そして、前記予冷ＨＥの配管を冷却するために、前記液化ＨＥからの前記軽混合冷却剤と共に供給される。前記軽混合冷却剤は、前記予冷ＨＥと前記液化ＨＥにおいて、濃縮され、そして引き続いて過冷却される。前記液化ＨＥの流出口において生じた過冷却された液化軽混合冷却剤は０．２５〜０．２７ＭＰａになるまでスロットルで調整され、それから、配管を冷却する。窒素ＨＥからのＬＰ気体窒素はターボ膨張圧縮機において１．２〜１．４ＭＰａになるまで、そして、各窒素圧縮機において３．５〜３．７ＭＰａになるまで圧縮され、そして続けて、各空気冷却器において摂氏２６〜３０度まで、そして、窒素ＨＥにおいてＬＰ窒素冷却剤対向流を通じて摂氏マイナス１０７〜マイナス１０９度まで冷却される。その後窒素は、膨張器において０．８〜１．０ＭＰａになるまで膨張され、ＬＮＧ流を冷却するために過冷却ＨＥに送られ、窒素ＨＥにおいて高圧（ＨＰ）窒素によって摂氏２２〜２４度まで加熱され、そして、ターボ膨張圧縮機吸込み口に帰還する。
本方法の実施のために使用される本天然ガス液化装置の本質は、予冷ＨＥ、５つの分離器、２つの絞り弁、液化ＨＥ、混合冷却剤圧縮用の３つの圧縮機、５つの空気冷却器、２つのポンプ、液体膨張器、過冷却ＨＥ、ターボ膨張器装置（作動用膨張器と圧縮機を備える）、および２つの窒素圧縮機の各機器からなる装置であることである。
前記予冷ＨＥの流入口は、天然ガスの取り込み用である。前記予冷ＨＥの第１流出口は第１分離器の流入口に接続され、当該第１分離器のガス流出口は前記液化ＨＥの第１流入口に接続され、当該液化ＨＥの第１流出口は前記過冷却ＨＥの流入口に接続され、当該過冷却ＨＥの第１流出口は前記液体膨張器を経由して第２分離器の流入口に接続され、当該第２分離器の分離ガス流出口は燃料ガス系への送り出し用である。
前記第２分離器の液化ガス流出口はＬＮＧ貯蔵タンクに接続される。前記第１分離器の液体エタン流出口は分別装置の流入口に接続される。前記予冷ＨＥの混合冷却剤流出口は第１圧縮機の流入口に接続され、当該第１圧縮機の流出口は前記空気冷却器の流入口に接続され、当該空気冷却器は、重液体冷却剤流と軽気体混合冷却剤流を生じる分離器の流入口に接続される。上述の第１圧縮機、空気冷却器、および分離器は、少なくとも三段階の圧縮段の、第１段階を構成し、当該圧縮段の全段階は同一である。第ｉ段階（ｉ＝１，２
とする）の分離器の軽気体混合冷却剤用の流出口は、前記三段階の圧縮段の第ｉ＋１段階
の圧縮機の流入口に接続される。最終段階の分離器の軽気体混合冷却剤用の流出口は、前記予冷ＨＥの第２流入口に接続される。第１段階および第２段階の分離器の重液体冷却剤用の流出口は、それぞれに、第１および第２ポンプを通過して、前記予冷ＨＥの第３流入口に混合物を供給するために、第３段階の分離器の重液体冷却剤用の流出口と結合される。前記予冷ＨＥの第２流出口は、前記液化ＨＥの第２流入口に接続され、当該液化ＨＥの第２流出口は、第２絞り弁を通じて配管冷却用の前記液化ＨＥの流入口に接続される。前記予冷ＨＥの第３流出口は、配管冷却用に前記予冷ＨＥ内に混合物を供給するために、第１絞り弁を通じて前記液化ＨＥの第３流出口と結合される。前記過冷却ＨＥの第２流出口は、窒素ＨＥの流入口に接続され、当該窒素ＨＥの第１および第２流出口は、それぞれに、膨張器とターボ膨張圧縮機の流入口に接続され、当該膨張器とターボ膨張圧縮機の流出口は、それぞれに、前記過冷却ＨＥのＬＮＧ流の冷却用の流入口と第２窒素圧縮機の流入口に接続される。後者の流出口は、直列に接続された第５空気冷却器、第１窒素圧縮機および第４空気冷却器に接続され、当該第４空気冷却器流出口は、前記窒素ＨＥの別の流入口へのＨＰ窒素供給用である。
天然ガス液化の処理フローダイアグラムである。
前記天然ガス液化装置は、
‐ 混合冷却剤回路と、
‐ 窒素冷却剤回路の、
２つの回路を備える。
前記天然ガス液化装置は、
‐ 予冷ＨＥ（１）と、
‐ 第１〜第５分離器（２，２０，８，１１，１４）と、
‐ 第１および第２絞り弁（３，５）と、
‐ 液化ＨＥ（４）と、
‐ 混合冷却剤圧縮用の、第１〜第３圧縮機（６，９，１２）と、
‐ 第１〜第５空気冷却器（７，１０，１３，２３，２５）と、
‐ 第１および第２ポンプ（１５，１６）と、
‐ 液体膨張器（１９）と、
‐ 過冷却ＨＥ（１７）と、
‐ 窒素ＨＥ（１８）と、
‐ 作動用膨張器（２１）と圧縮機（２２）を備えるターボ膨張器装置と、
‐ ２つの窒素圧縮機（２４，２６）と、
‐ 分別装置（２７）と、
‐ ＬＮＧ貯蔵タンク（２８）の、
各機器と各ブロックを備える。
前処理済乾燥ガスが液化目的で供給され、それから混合冷却剤によって、予冷ＨＥ（１）において摂氏マイナス５２〜マイナス５４度まで冷却される。二相の流れが、エタンの留分の除去が行われる第１分離器（２）を通過し、それから、前記第１分離器からの液体が、分別目的で送り込まれる。ガス流は液化ＨＥ（４）に供給され、摂氏マイナス１２０〜マイナス１２５度まで冷却される。
液化天然ガス（ＬＮＧ）はその後過冷却ＨＥ（１７）において摂氏マイナス１５０〜マイナス１６０度まで、気体窒素によって冷却される。
過冷却ＨＥ（１７）から出ていく冷却されたＬＮＧの圧力は、液体膨張器（１９）において０．１１〜０．１３ＭＰａになるまで低下させられる。前記低圧化したＬＮＧは分離器（２０）に、それからＬＮＧ貯蔵タンクに供給される。液体膨張器（１９）は、液化ガス膨張エネルギーのおかげで、液化処理中の消費電力を低減することが可能になる。
混合冷却剤回路
混合冷却剤は、窒素、メタン、エタン、プロパン、ブタンおよびペンタンからなる。
前記混合冷却剤は、コンプレッサ（６，９，１２）において、３．０〜３．１ＭＰａになるまで圧縮される。各圧縮段階の間に、前記混合冷却剤は、空気冷却器（７，１０，１３）において、摂氏２６〜３０度に冷却される。二相の流れが、重液体混合冷却剤流と軽気体混合冷却剤流への分離用の混合冷却剤分離器（８，１１，１４）に供給される。分離器（８，１１）からの前記重液体混合冷却剤流は、ポンプ（１５，１６）によって、分離器（１４）からの前記液体との混合のために供給される。段階毎の重液体混合冷却剤の成分および量は、混合冷却剤成分に依存し、当該混合冷却剤成分は、ある周囲温度における天然ガスの液化中の、最小冷却剤消費を確保するような方法で選択される。
重および軽混合冷却剤流は、ＬＰ重および軽混合冷却剤の対向流を通じて、ＨＥ（１）において摂氏マイナス５２〜マイナス５４度まで冷却される。
重混合冷却剤は、ＨＥ（１）において冷却され、０．２５〜０．２７ＭＰａになるまで絞り弁（３）によって調整され、そして、ＨＥ（１）の配管を冷却するために、液化ＨＥ（４）からの軽混合冷却剤と一緒にＨＥ（１）の配管スペース内に供給される。
軽混合冷却剤は、ＨＥ（１）および（４）において濃縮され、冷却される。その後過冷却され液化された軽混合冷却剤は、０．２５〜０．２７ＭＰａになるまで絞り弁（５）によって調整され、配管を冷却するために液化ＨＥ（４）の配管スペース内に供給される。
ＬＰ重および軽混合冷却剤流は、一緒に混和されて、配管を冷却するためにＨＥ（１）の配管スペースに帰還する。
ＬＰ混合冷却剤は、ＨＥ（１）から摂氏２６〜３０度の蒸気として出ていき、当該蒸気は再循環のために供給される。前記混合冷却剤は、ガス流を摂氏マイナス１２０〜マイナス１２５度まで冷却するために使用される。
窒素冷却剤回路
ＬＰ気体窒素は、ターボ膨張器装置内で膨張器（２１）によって駆動される圧縮機（２２）において、１．２〜１．４ＭＰａになるまで、そして、窒素圧縮機（２４）および（２６）において、３．５〜３．７ＭＰａになるまで圧縮される。それから、それは空気冷却器（２３）および（２５）において摂氏２６〜３０度まで冷却され、窒素ＨＥ（１８）においてＬＰ窒素対向流を通じて摂氏マイナス１０７〜マイナス１０９度まで冷却される。
それから窒素は、膨張器（２１）において０．８〜１．０ＭＰａになるまで膨張され、ＬＮＧ流を冷却するために過冷却ＨＥ（１７）に供給され、窒素ＨＥ（１８）においてＨＰ窒素によって摂氏２２〜２４度まで加熱され、そして、圧縮機吸込み口に帰還する。
天然ガス液化処理の間に消費される電力の削減は、予冷および液化段階における混合冷却剤の使用はもちろん、過冷却段階における窒素循環からも生じる。

Claims (2)

  1. 天然ガス液化方法であって、
    前処理済乾燥ガスが、予冷熱交換器において、摂氏マイナス５２〜マイナス５４度の間の範囲の温度まで冷却され、そして、濃縮され、
    それから、分別目的用に供給される液状エタンの留分を除去することによって、前記前処理済乾燥ガスは分離され、そして、第１分離器からのガス流が、液化熱交換器において摂氏マイナス１２０〜マイナス１２５度まで引き続いて冷却され、
    過冷却熱交換器において摂氏マイナス１５０〜マイナス１６０度まで、気体窒素によって冷却され、
    過冷却された液化天然ガスの圧力が、液体膨張器において０．１１〜０．１３ＭＰａになるまで低下させられ、
    そして、前記過冷却された液化天然ガスは分離目的で供給され、そしてそれから、液化天然ガス貯蔵タンクに供給され、
    分離されたガスは燃料ガス系に送られ、
    前記予冷熱交換器からの、窒素、メタン、エタン、プロパン、ブタンおよびペンタンを包含する混合冷却剤は３．０〜３．１ＭＰａになるまで圧縮され、摂氏２６〜３０度に冷却され、そして、重液体冷却剤と軽気体冷却剤に分離され、
    前記重液体冷却剤は、直前の分離器からの重液体冷却剤と混和するために吸い出され、
    重液体混合冷却剤と軽気体混合冷却剤は、重混合冷却剤と軽混合冷却剤の低圧混合対向流の投入によって摂氏マイナス５２〜マイナス５４度まで冷却されるために供給され、
    それから、前記重液体混合冷却剤は前記予冷熱交換器において過冷却され、０．２５〜０．２７ＭＰａになるまでスロットルで調整され、そして、前記予冷熱交換器の配管を冷却するために、前記液化熱交換器からの前記軽混合冷却剤と共に供給され、
    前記軽混合冷却剤は、前記予冷熱交換器と前記液化熱交換器において、濃縮され、そして引き続いて過冷却され、
    前記液化熱交換器の流出口において生じた過冷却された液化軽混合冷却剤は０．２５〜０．２７ＭＰａになるまでスロットルで調整され、それから、前記液化熱交換器の配管を冷却するために供給され、
    窒素熱交換器からの低圧気体窒素はターボ膨張圧縮機において１．２〜１．４ＭＰａになるまで、そして、各窒素圧縮機において３．５〜３．７ＭＰａになるまで圧縮され、そして続けて、各空気冷却器において摂氏２６〜３０度まで、そして、窒素熱交換器において低圧窒素冷却剤対向流を通じて摂氏マイナス１０７〜マイナス１０９度まで冷却され、
    そしてそれから、窒素は、膨張器において０．８〜１．０ＭＰａになるまで膨張され、液化天然ガス流を冷却するために過冷却熱交換器に送られ、窒素熱交換器において高圧窒素によって摂氏２２〜２４度まで加熱され、そして、ターボ膨張圧縮機吸込み口に帰還することを特徴とする天然ガス液化方法。
  2. 請求項１記載の方法の実施のために使用される装置であって、
    予冷熱交換器と、５つの分離器と、２つの絞り弁と、液化熱交換器と、混合冷却剤を圧縮するための３つの圧縮器と、５つの空気冷却器と、２つのポンプと、液体膨張器と、過冷却熱交換器と、作動用膨張器（２１）と圧縮機（２２）を備えるターボ膨張器装置と、２つの窒素圧縮機と、を備え、
    前記予冷熱交換器の流入口は、天然ガスの取り込み用であり、
    当該予冷熱交換器の第１流出口は第１分離器の流入口に接続され、
    当該第１分離器のガス流出口は液化熱交換器の第１流入口に接続され、
    当該液化熱交換器の第１流出口は前記過冷却熱交換器の流入口に接続され、
    当該過冷却熱交換器の第１流出口は前記液体膨張器を経由して第２分離器の流入口に接続され、
    当該第２分離器の分離ガス流出口は燃料ガス系への送り出し用であり、
    そして、前記第２分離器の液化ガス流出口は液化天然ガス貯蔵タンクに接続され、
    前記第１分離器の液状エタン流出口は分別装置の流入口に接続され、
    前記予冷熱交換器の混合冷却剤流出口は第１圧縮機の流入口に接続され、
    当該第１圧縮機の流出口は空気冷却器の流入口に接続され、
    当該空気冷却器は重液体冷却剤流と軽気体混合冷却剤流を生じる分離器の流入口に接続され、
    上述の第１圧縮機、空気冷却器、および分離器は、少なくとも三段階の圧縮段の、第１段階を構成し、当該各圧縮段は全段階が同一であるとし、
    ｉ＝１，２として、第ｉ段階の分離器の軽気体混合冷却剤用の流出口は、前記三段階の圧縮段の第ｉ＋１段階の圧縮機の流入口に接続されるものとし、
    最終段階の分離器の軽気体混合冷却剤用の流出口は、前記予冷熱交換器の第２流入口に接続され、
    第１段階および第２段階の分離器の重液体冷却剤用の流出口は、それぞれに、第１および第２ポンプを通過して、前記予冷熱交換器の第３流入口に混合物を供給するために、第３段階の分離器の重液体冷却剤用の流出口と結合され
    前記予冷熱交換器の第２流出口は、前記液化熱交換器の第２流入口に接続され、
    前記液化熱交換器の第２流出口は、第２絞り弁を通じて前記液化熱交換器の配管冷却用の流入口に接続され
    前記予冷熱交換器の第３流出口は、前記予冷熱交換器内に配管冷却用に混合物を供給するために、第１絞り弁を通じて前記液化熱交換器の第３流出口と結合され、
    前記過冷却熱交換器の第２流出口は、窒素熱交換器の流入口に接続され、
    当該窒素熱交換器の第１および第２流出口は、それぞれに、膨張器とターボ膨張圧縮機の流入口に接続され、
    当該膨張器とターボ膨張圧縮機の流出口は、それぞれに、前記過冷却熱交換器の液化天然ガス流の冷却用の流入口と第２窒素圧縮機の流入口に接続され、
    そして、後者の流出口は、直列に接続された第５空気冷却器、第１窒素圧縮機および第４空気冷却器に接続され、
    当該第４空気冷却器の流出口は、前記窒素熱交換器の別の流入口への高圧窒素供給用であることを特徴とする装置。
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